2011年3月18日星期五

福島第一核電站

福島事故發生後,有些網民質疑,官方以前說福島第一核電站可以扺受 7.9 級的地震,是否弄虛作假。雖說今次日本地震為 9 級,但發生在距離日本 130 公里的外海,而地震強度與震央距離是呈平方反比的,所以沒有理由會出事云云。

核電廠可扺受 7.9 級地震一說,源自《華爾街日報》對一份東京電力文件的報道。純粹說「核電站可以扺受幾多級地震」(或《成都商報》所謂「中國反應堆廠房可抗萬年一遇地震」),其實是無意義的,因為震波傳到核電廠時的實際強度,要視乎震央的距離和深度,以及震央與核電廠之間的地質。若三藩市發生九級地震,興建在香港山邊的寮屋應該不會受影響,但難道我們說這些寮屋可以扺受九級地震嗎?

量度地震的大小,有兩類標準。第一類表現的是震央的地震大小,舊時新聞所用的黎克特制或現今取代它的 moment magnitude scale(即今次九級地震所用的級數)就屬於這類。它們量度的只是禍首的大小,而非各地的受災程度。如前面寮屋的例子所說,即使是同一次地震,各地的地震強度(和損毀程度)均不同。第二類量度尺度即為此而設,一般國際通用的標準為 Mercalli intensity scale(中文稱為烈度),以羅馬數字表示,I 度為不可感地震,VII 度開始有房屋倒塌,最高的 XII 度則代表毀滅性的災難。要留意由於地質差異,震央附近的烈度有時可能比其他地方低,例如三年前汶川地震時,汶川縣映秀鎮所受的地震烈度為 IX 度,但一百公里外的北川縣曲山鎮,地震烈度反而更高,達 XI 度。日本所用的是另一套較量化和科學的標準,稱為震度 (JMA scale),量度的是地面某一點的搖晃程度,分 0-4、5 弱、5 強、6 弱、6 強與 7 共十種不同震度。

《華爾街日報》提及的 2009 年東京電力文件,相信指《福島第一原子力発電所「発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針」の改訂に伴う耐震安全性評価結果中間報告書》。這樣的中期報告,過往幾年發出過許多份。話說日本政府於平成 18 年(2006年)曾經修改耐震指標所用的地震強度基準,而這些中期報告書就是因應這些修改而重新審查的結果。由於網上有太多份這些報告,我找不着報道提及那份,不過東電一個 2008 年網頁也提過這些新基準:
基準地震動Ssは、1938年に塩屋崎沖で発生した福島県東方沖地震(M7.5)とその余震等の一連の地震群が同時に発生すること、2003年宮城県沖の地震(M7.1)が敷地下方で発生することを想定するなど安全側に評価を行い、余裕をもたせて策定した結果、最大加速度600ガルといたしました。
換句話說,東電是以廠房受到 600 gal 的加速度為最壞的預設情況,而這個標準,是參考了 1938 年福島縣東方沖地震(7.5級)及 2003 年宮城縣沖地震(7.1級)之後才制訂的。據維基百科所述,後者發生時,福島縣的震度約為 5 弱,而今次日本地震,福島縣的震度卻為 6 強,所以就算核電廠沒設想過會發生如此強震,也沒有甚麼好出奇的,不過要留意,6 強地震的搖晃情度,只有 315-400 gal,比 600 gal 還低,所以 600 gal 的指標,應該是加入了一個相當高的安全系數之後的結果。然而,直接造成今次福島第一核電站事故的,並非地震,而是海嘯。

美國核子學會整合的消息(pdf文字轉載),起初地震發生時,福島第一核電站的一號機組是正常地急停的(當核電廠感受到過大的加速度時,反應爐內的控制棒會自動插入,停止核反應;此時反應堆的溫度會遠較平常為低,但核裂變停止後,裂變產物的衰變仍會產生熱力,所以冷卻系統仍須運作),而電力系統與冷卻系統亦正常。然而,隨之而來的海嘯令電力接駁受損。此時,後備柴油發電機啟動,冷卻系統恢復,但海嘯亦令損害了柴油發電機的燃料供應,令發電機於一小時後停止運作。

不過核電廠所用的沸水式核反應堆,仍可用反應爐內產生的蒸氣來發動冷卻水泵,而管道的閥門也可以改由電池提供動力,但八小時後,電池的電力耗盡,冷卻系統失靈,而壓力容器內的水亦漸漸蒸發。本來核燃料棒應該全浸在水中,但水位降低之後,燃料棒過熱,令包裹着「燃料」(即鈾元素氧化鈾)的鋯合金氧化。氧化作用取去了水份的氧原子,留下氫氣積聚。此時核電廠改用可攜式的柴油發電機啟動另一套冷卻系統,但反應爐同的壓力和溫度仍增高。於是核電廠用管道將氫氣排出反應爐外,但是氫氣積聚在廠房建築之內,卻造成後來的爆炸。有些網民以為爆炸即反應爐的外殼(即圍阻體,用鋼筋運凝土建成)或其內部的壓力容器損毀的鐵證,其實是誤解。爆炸發生後,廠方決定將海水灌入壓力容器降溫,這是後話。

核電站三號機組的廠房,後來亦發生同樣爆炸。本來二號機組仍可維持溫度穩定,但三號機組廠房爆炸,又令到二號機組的供水受影響,這也是後話。

回顧事件起初的發展,可見福島核電站的設計其實有許多安全對策。事故發生後,電視上看到某共官說大陸的核電技術比日本的先進,他們又有柴油發電機云云。他大概不知道福島核電站也有固定及可攜的柴油發電機,亦有多於一套冷卻系統。只是事情總可能在預想之外(所謂「意外」,本來就是意料之外)。福島第一核電站的三號機組廠房爆炸,令本來穩定的二號機組也出事,這些事先誰也想不到。大亞灣核電廠的壓水堆是否較先進和安全,我並非核電專家,不敢胡說,但在這個官府多次隱瞞各種災情(愛滋病、毒奶、沙士等等),又將尋找真相的人收監的國度,信他們一成都死。近日民眾「盲搶鹽」,當然是科學教育的失敗,但也是理性的做法。當官府信不過的時候,人民只能以認知之中力所能及的最佳方法來迴避風險。

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